析出板製造装置および析出板製造方法
【課題】 冷却体表面に凝固析出して生成される析出板の自壊による破片を適正処理し、析出板の生産に対して悪影響を及ぼすことを防止できる析出板製造装置および析出板製造方法を提供する。
【解決手段】 溶解炉２４でシリコンを加熱して溶湯２３にし、析出板生成の原板である冷却体２５を、浸漬手段２７によって溶湯中へ浸漬し溶湯中から引上げてシリコンを冷却体の表面に凝固析出させてシート状シリコン４８を製造する。このシート状シリコンの製造に際し、冷却体２５が溶湯上方位置から離反する方向へ搬送される搬送経路途中に設けられるバケット２７が、冷却体から離脱して落下するシート状シリコンを受容する。バケットに受容された落下物は、落下物移動手段２８によって、バケット内で収容容積が大きい方へ移動され、また必要に応じて落下物再投入手段２９によって溶解炉内へ投入される。
【解決手段】 溶解炉２４でシリコンを加熱して溶湯２３にし、析出板生成の原板である冷却体２５を、浸漬手段２７によって溶湯中へ浸漬し溶湯中から引上げてシリコンを冷却体の表面に凝固析出させてシート状シリコン４８を製造する。このシート状シリコンの製造に際し、冷却体２５が溶湯上方位置から離反する方向へ搬送される搬送経路途中に設けられるバケット２７が、冷却体から離脱して落下するシート状シリコンを受容する。バケットに受容された落下物は、落下物移動手段２８によって、バケット内で収容容積が大きい方へ移動され、また必要に応じて落下物再投入手段２９によって溶解炉内へ投入される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、析出板製造装置および析出板製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境に対する負荷を軽減するべく、化石燃料を用いる火力発電以外の、風力発電、波力発電などの発電方法が種々試みられている。なかでも最も注目され、実用化の先端に位置付けられているのが太陽電池による発電であり、この太陽電池には、その素材として多結晶シリコンが用いられている。
【０００３】
太陽電池に用いられる多結晶シリコンを製造する従来の代表的な技術として、不活性ガス雰囲気中でリン（Ｐ）またはボロン（Ｂ）等のドーパントを添加した高純度シリコンを坩堝中で加熱溶融させ、この融液を鋳型に流し込んで冷却し、多結晶インゴットを得る鋳造方法がある（特許文献１参照）。
【０００４】
太陽電池に使用されるシート状のシリコンは、上記のようにして得られる多結晶インゴットを、バンドソー等で小さなブロックに切断し、さらにワイヤソーまたは内周刃法などでスライスすることによって製造される。
【０００５】
このような製造方法は、多結晶シリコンインゴットを得るための鋳造工程に加え、シート状シリコンの外形ブロックサイズに切断する工程と、高いコストを要するシート厚さにスライスするスライシング工程が必要なこと、またこのスライシング工程でワイヤまたは内周刃の厚み分以上の材料ロスを生じること等、太陽電池の製造コスト低減を図るうえで大きな障害になっている。
【０００６】
このような問題を解決する従来技術に、スライシング工程を省略し、溶融シリコンに冷却体を浸漬させ、冷却体のシート生成面にシリコンを付着、凝固析出させるシート状のシリコンを製造する方法が提案されている（たとえば、特許文献２〜４参照）。
【０００７】
図９は従来のシート状シリコン製造に用いられる析出板製造装置１の構成を簡略化して示す図であり、図１０は析出板製造装置１におけるシート状シリコン製造の概要を説明する図である。以下図９および図１０を参照し、溶融シリコンに冷却体を浸漬させ、冷却体のシート生成面にシリコンを付着、凝固析出させるシート状のシリコン製造方法を説明する。
【０００８】
本背景技術では、析出板製造装置を用い、特にシート状シリコンを製造する例について説明を行うけれども、本発明の背景技術がシート状シリコンの製造のみに限定されるものではなく、たとえば、シリコン以外のシート状半導体または金属板の製造においても利用可能である。
【０００９】
析出板製造装置１は、チャンバ２によって形成される処理空間３内に溶解炉４が配置される。溶解炉４には坩堝５が備えられ、坩堝５内にはシリコンを加熱溶解した溶湯６が収容される。また、処理空間３内には、冷却体７を溶湯６に浸漬させる浸漬手段８が設けられる。
【００１０】
浸漬手段８は、不図示の搬送装置によって、チャンバ２の１側壁に形成される冷却体搬入口９を通して処理空間３内に搬入された冷却体７を保持することができる。浸漬手段８は、保持する冷却体７を、矢符１５で示される方向、すなわち冷却体搬入口９付近から坩堝５に収容される溶湯６の上方位置まで搬送し、溶湯６に浸漬させ、冷却体７の表面にシリコンを凝固析出させる。その後、浸漬手段８は、冷却体７と冷却体７の表面に生成されたシート状シリコン１１を、溶湯６から引上げ、さらに溶湯６の上方位置から離反させる矢符１６で示す方向、すなわち冷却体搬入口９が形成される１側壁に対向する側壁に形成される冷却体搬出口１０へ向けて搬送し、冷却体搬出口１０を通して不図示の搬送装置へ受渡す。制御装置１４は、析出板製造装置１の各部の動作を制御する。
【００１１】
以上の一連のシート状シリコン製造の動作を複数回繰返すと、溶解炉４に備わる坩堝５に収容される溶湯６が減少し、シート状シリコン１１の製造に支障が出る。その場合、一旦シート状シリコン１１の製造を停止し、図示しないシリコンの溶解材料追加装置によって、析出板製造装置１の外部から追加のシリコンを、坩堝５内へ導入して溶解し、減少分の溶湯を補充する。
【００１２】
このような従来技術で用いられる方法では、冷却体７が、溶解したシリコンの溶湯６内に浸漬され、その後溶湯６外に引上げられるので、冷却体７の表面に析出したシート状シリコン１１は、析出およびその後の冷却過程における急激な温度変化により大きな内部応力を内包することが避けられない。
【００１３】
シート状シリコンのサイズがある値以上の場合、冷却体表面に析出したシート状シリコン内部に発生した大きな応力は、シート状シリコンを破壊してしまう場合がある。一方、シート状シリコンのサイズが比較的小さい場合、内部応力の発生は大きな問題とはならない。一般的には、シート状シリコンのサイズが、一辺１００ｍｍ以下の矩形であれば、内部応力による破壊はほとんど発生しない。
【００１４】
しかしながら、近年、太陽電池用シート状シリコンのサイズは大きくなる傾向にあり、たとえば、現在生産されている多結晶太陽電池に使用されるシート状シリコンは、大きなものでは、一辺が１５０ｍｍ程度の矩形である。このような大きいサイズのシート状シリコンを、前述のように冷却体をシリコン溶湯に浸漬して製造する場合、内部応力によるシート状シリコンの破壊が比較的高い確率で発生する。
【００１５】
図１１および図１２は、シート状シリコンが内部応力によって破壊した状態を示す図である。内部応力によって破壊したシート状シリコン１１の破片１１ａは、冷却体７から離脱して落下し、シリコンを溶解する溶解炉４の周辺に堆積する。破壊し堆積したシート状シリコン１１の破片１１ａが多くなると、冷却体７または凝固析出によって冷却体７表面に生成されたシート状シリコン１１に接触し、シート状シリコン製造を阻害する要因となる。
【００１６】
このような問題を解決する方法として、破壊して堆積したシート状シリコンの破片１１ａが、シート状シリコン製造を阻害する要因となる前に、堆積したシート状シリコンの破片１１ａを、析出板製造装置１の外部に排出してしまうことが考えられる。しかしながら、シート状シリコンの製造において、チャンバ２内部の処理空間３は、通常密閉された不活性ガス雰囲気に保たれているので、処理空間３内の不活性ガス雰囲気の環境を維持しつつ、堆積したシート状シリコンの破片１１ａを析出板製造装置１の外部に排出するためには、専用のロードロック室とゲートバルブとを設けることが必要である。この、専用のロードロック室は、一種の真空チャンバであり、これを付設することによる装置価格の大幅な上昇と、装置設置面積の増加という問題を招来する。
【００１７】
また、このような凝固析出したシート状シリコンの自壊を防ぐことを目的として、冷却体をシート状シリコンに発生する内部応力が分散するような形状にしたり、仮にシート状シリコンが自壊しても目的とする製品が得られるように、製品寸法よりも外側部分にあらかじめ壊れやすい部分を設けておくなどの方法が考えられているけれども、完全に自壊を防ぐことは困難であり、やはり発生するシート状シリコンの破片の適正な処理が、重要な解決課題である。
【００１８】
【特許文献１】特開平６−６４９１３号公報
【特許文献２】特開平１０−２９８９５号公報
【特許文献３】特開２００２−１７５９９６号公報
【特許文献４】特開２００３−５９８４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明の目的は、冷却体表面に凝固析出して生成される析出板の自壊による破片を適正処理し、析出板の生産に対して悪影響を及ぼすことを防止できる析出板製造装置および析出板製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、溶解対象物を加熱して溶湯にし、該溶湯を収容する溶解炉と、析出板生成の原板である冷却体を、溶湯の上方位置へ搬送し、溶湯中へ浸漬し、溶湯中から引上げて溶湯の上方位置から離反する方向へ搬送する浸漬手段とを備え、溶解対象物を冷却体の表面に凝固析出させて析出板を製造する析出板製造装置であって、
冷却体が溶湯上方位置から離反する方向へ搬送される搬送経路途中に設けられ、冷却体から離脱して落下する落下物を受容する落下物受容手段と、
落下物受容手段によって受容された落下物を落下物受容手段中で溶解炉から遠ざかる方向へ移動させる落下物移動手段と、
落下物受容手段によって受容される落下物を溶解炉内へ移動させる落下物再投入手段とを含むことを特徴とする析出板製造装置である。
【００２１】
また本発明は、落下物受容手段は、
落下物を受容する受容面が、溶解炉に収容される溶湯の液面よりも高い位置になるように、かつ冷却体が溶湯上方位置から離反する方向へ搬送される搬送経路の終端部付近まで延び搬送経路の下方に位置して設けられることを特徴とする。
【００２２】
また本発明は、落下物受容手段は、
落下物を受容する受容面が、溶解炉から遠くなるほど鉛直方向の位置が低くなるように傾斜し、かつ受容面を含んでなる受容部が、溶解炉から遠くなるほど落下物を収容する容積が大きくなるように形成されることを特徴とする。
【００２３】
また本発明は、落下物受容手段は、落下物を受容する受容面の少なくとも一部が、カーボンまたは石英から成ることを特徴とする。
【００２４】
また本発明は、落下物移動手段は、落下物を受容する受容面が溶解炉から遠くなるほど鉛直方向の位置が低くなるように、落下物受容手段を傾動させる傾動手段を含むことを特徴とする。
【００２５】
また本発明は、落下物受容手段は、落下物を受容する受容面が、溶解炉から遠くなるほど鉛直方向の位置が低くなるように傾斜し、
落下物移動手段は、少なくとも落下物を受容する受容面を振動させる振動フィーダーを含むことを特徴とする。
【００２６】
また本発明は、落下物再投入手段は、落下物受容手段の落下物受容面が溶解炉へ近くなるほど鉛直方向の位置が低くなるように、落下物受容手段を傾動させる傾動手段を含むことを特徴とする。
【００２７】
本発明は、溶解対象物を溶解炉で加熱して溶湯にし、析出板生成の原板である冷却体を、溶解炉に収容される溶湯の上方位置へ搬送し、溶湯中へ浸漬し、溶湯中から引上げて溶湯の上方位置から離反する方向へ搬送することによって、溶解対象物を冷却体の表面に凝固析出させて析出板を製造する析出板製造方法であって、
冷却体が溶湯上方位置から離反する方向へ搬送される途中で冷却体から離脱して落下する落下物を受容する工程と、
受容された落下物を、溶解炉から遠ざかる方向へ移動させる工程と、
受容された落下物を溶解炉内へ移動させる工程とを含むことを特徴とする析出板製造方法である。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、析出板製造装置は、冷却体から落下する落下物を受容する落下物受容手段と、落下物受容手段によって受容された落下物を落下物受容手段中で溶解炉から遠ざかる方向へ移動させる落下物移動手段と、落下物受容手段によって受容される落下物を溶解炉内へ移動させる落下物再投入手段とを含んで構成される。このことによって、冷却体の表面に凝固析出して生成された析出板が自壊して冷却体から離脱落下した場合、該落下物を受止めて、一旦落下物を落下物受容手段中で溶解炉から遠ざかる方向へ移動させた後、溶湯の材料充填を行う際に溶解炉内に移動させることが可能となり、また析出板の破片が溶解炉周辺に堆積することを防止して、破片の堆積が析出板の生産に対して悪影響を及ぼすことを最小限にとどめることができる。
【００２９】
また本発明によれば、落下物受容手段は、落下物を受容する受容面が、溶解炉に収容される溶湯の液面よりも高い位置になるように、かつ冷却体が溶湯上方位置から離反する方向へ搬送される搬送経路の終端部付近まで延び搬送経路の下方に位置して設けられる。このことによって、溶解炉周辺に落下する落下物を確実に漏らすことなく受容することができるとともに、受容した落下物を溶解炉へ再投入する際には重力の作用を利用して容易に投入することができる。
【００３０】
また本発明によれば、落下物受容手段は、落下物を受容する受容面が、溶解炉から遠くなるほど鉛直方向の位置が低くなるように傾斜し、かつ受容面を含んでなる受容部が、溶解炉から遠くなるほど落下物を収容する容積が大きくなるように形成される。このことによって、受容した落下物を、溶解炉側へ落すことなく確実に落下物受容手段に収容することができる。
【００３１】
また本発明によれば、落下物受容手段は、落下物を受容する受容面の少なくとも一部が、カーボンまたは石英から成るので、受容した落下物に対する重金属等の不純物混入を避けることができ、製造される析出板の品質を高品位に保つことができる。
【００３２】
また本発明によれば、落下物移動手段は、落下物を受容する受容面が溶解炉から遠くなるほど鉛直方向の位置が低くなるように、落下物受容手段を傾動させる傾動手段を含んで構成される。このことによって、落下物を受容する落下物受容手段の受容面を、溶解炉から遠くなるほど鉛直方向の位置が低くなるように傾斜させるという簡単な動作で、溶解炉から遠ざかる方向へ落下物を移動させることができる。
【００３３】
また本発明によれば、落下物受容手段は、落下物を受容する受容面が、溶解炉から遠くなるほど鉛直方向の位置が低くなるように傾斜し、落下物移動手段は、少なくとも落下物を受容する受容面を振動させる振動フィーダーを含むので、振動フィーダーで受容面を振動させるという簡単な動作で、溶解炉から遠ざかる方向へ落下物を移動させることができる。
【００３４】
また本発明によれば、落下物再投入手段は、落下物受容手段の落下物受容面が溶解炉へ近くなるほど鉛直方向の位置が低くなるように、落下物受容手段を傾動させる傾動手段を含んで構成されるので、傾動手段を駆動させるという簡単な動作で落下物を溶解炉内に移動させることができる。
【００３５】
また本発明によれば、冷却体の表面に凝固析出して生成された析出板が自壊して冷却体から離脱落下した場合、該落下物を受止め、受止めた落下物を溶解炉から遠ざかる方向へ移動させ、受容された落下物を溶解炉内へ移動させることで、析出板の破片が溶解炉周辺に堆積することを防止し、破片の堆積が析出板の生産に対して悪影響を及ぼすことを最小限にとどめることができる析出板製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
図１は本発明の実施の一形態である析出板製造装置２０の構成を簡略化して示す上面図であり、図２は図１に示す析出板製造装置２０による析出板製造の概要を示す側面方向から見た断面図である。
【００３７】
析出板製造装置２０は、溶解対象物を溶解炉２４で加熱して溶湯２３にし、析出板生成の原板である冷却体２５を、溶湯２３中へ浸漬し、溶湯２３中から引上げて、溶解対象物を冷却体２５の表面に凝固析出させて析出板を製造することに用いられる。本実施の形態では、溶解対象物としてシリコンを用い、冷却体２５の表面上にシリコンを凝固析出させて析出板であるシート状シリコンを製造する場合について例示する。
【００３８】
析出板製造装置２０は、大略、チャンバ２１と、チャンバ２１が形成する内部空間である処理空間２２内に設けられ、溶解対象物であるシリコンを加熱して溶湯２３にし、該溶湯２３を収容する溶解炉２４と、シート状シリコン生成の原板である冷却体２５を、溶湯２３の上方位置へ搬送し、溶湯２３中へ浸漬し、溶湯２３中から引上げて溶湯２３の上方位置から離反する方向へ搬送する浸漬手段２６と、冷却体２５が溶湯上方位置から離反する方向へ搬送される搬送経路途中に設けられ、冷却体２５から離脱して落下する落下物であるシート状シリコン４８の破片を受容する落下物受容手段２７と、落下物受容手段２７によって受容された落下物を落下物受容手段２７中で溶解炉２４から遠ざかる方向へ移動させる落下物移動手段２８と、落下物受容手段２７によって受容される落下物を溶解炉２４内へ移動させる落下物再投入手段２９とを含む構成である。
【００３９】
チャンバ２１は、外観が大略直方体形状を有し、内部が中空の構造体である。チャンバ２１は、たとえば鋼製の躯体に図示を省くけれどもアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などの断熱材が内張りされて、断熱かつ耐火構造を備える。このチャンバ２１には、不図示の真空排気手段と不活性ガス供給手段とが付設され、これらによって、チャンバ２１の処理空間２２を真空雰囲気または不活性ガス雰囲気に保つことができる。
【００４０】
またチャンバ２１の一方の側壁２１ａには、チャンバ２１の外部にある不図示の搬送装置と、処理空間２２内にある浸漬手段２６との間で、冷却体２５を受渡しするための冷却体搬入口３１が形成される。この冷却体搬入口３１には、不図示の開閉自在の扉が設けられ、扉の外方にはさらに副室チャンバが設けられる。この副室チャンバは、チャンバ２１と同様に雰囲気調整が可能に構成され、冷却体搬入口３１と反対側には開閉自在の扉が設けられる。したがって、搬送装置でチャンバ２１まで搬送された冷却体２５は、まず大気開放された副室チャンバ内へ搬入され、副室チャンバ内を雰囲気調整した後、さらに副室チャンバ内に備わる搬送手段によって冷却体搬入口３１を通して浸漬手段２６へ渡される。
【００４１】
チャンバ２１の前記一方の側壁２１ａに対向する他方の側壁２１ｂには、冷却体搬入口３１と対向する位置に冷却体２５をチャンバ２１の外部へ搬出するための冷却体搬出口３２が形成される。
【００４２】
冷却体２５の搬送経路の下方かつ冷却体搬出口３２の下端部付近であって処理空間２２内に、処理空間２２内で搬送される冷却体２５を、冷却体搬出口３２から搬出するために、浸漬手段２６から受取り、チャンバ２１外のもう一つの搬送手段に受渡す受渡部３３が設けられる。この冷却体搬出口３２にも、開閉自在の扉とその外方に副室チャンバが設けられる。浸漬手段２６から受渡部３３に一旦載置されたシート状シリコン４８を有する冷却体２５が、副室チャンバを介してもう一つの搬送手段に受渡しされる。
【００４３】
本実施の形態では、溶解炉２４は、高周波誘導溶解炉であり、溶解対象物であるシリコンが投入され溶解されてその溶湯２３が収容される坩堝３４と、坩堝３４のまわりに巻きまわされる高周波誘導コイル３５と、坩堝３４と高周波誘導コイル３５とを収容する炉体容器３６と、不図示の高周波電源とを含む。
【００４４】
坩堝３４は、たとえばグラファイト製の有底直方体形状容器である。炉体容器３６は、たとえば耐火煉瓦から成り、坩堝３４とほぼ相似形の有底直方体形状容器である。炉体容器３６と坩堝３４および高周波誘導コイル３５との間は、図では空隙であるけれども、実際にはここに断熱性および絶縁性の耐火物などが充填される。溶解炉２４は、処理空間２２内であって、チャンバ２１の底板２１ｃ上に設置される。溶解炉２４は、高周波電源から高周波誘導コイル３５に高周波電流を流すことによって、グラファイト製の坩堝３４および坩堝３４内のシリコンに誘導電流が発生し、自ら発熱することを利用する装置である。
【００４５】
浸漬手段２６は、冷却体２５を保持する保持ヘッド４１と、保持ヘッド４１が装着されて鉛直方向に延びて設けられる垂直アーム４２と、垂直アーム４２を鉛直方向に移動させる鉛直駆動部４３と、垂直アーム４２および保持ヘッド４１を水平方向に移動させる水平駆動部４４と、水平駆動部４４が水平方向に走行する軌道部材４５とを含む。
【００４６】
軌道部材４５は、たとえば金属製の細長い部材であり、処理空間２２内において前記一方の側壁２１ａと他方の側壁２１ｂとの両者に隣接する側壁もしくはチャンバ２１の天板に装着され、坩堝３４の上方空間を、冷却体搬入口３１から冷却体搬出口３２に向って延びるように設けられる。水平駆動部４４は、軌道部材４５に形成されるたとえば溝状の軌道に案内されて、垂直アーム４２および保持ヘッド４１を水平方向へ進退自在に移動させる。
【００４７】
鉛直駆動部４３は、垂直アーム４２と垂直アーム４２に装着される保持ヘッド４１とを鉛直方向、すなわち坩堝３４の上方に位置するときには、坩堝３４に収容される溶湯２３に近接離反するように移動させることができる。
【００４８】
垂直アーム４２に装着される保持ヘッド４１は、ハンドリング機構を有し、ハンドリング機構の動作により冷却体２５を把持し、また解放することができる。
【００４９】
したがって、浸漬手段２６は、以下の動作をすることができる。浸漬手段２６は、水平駆動部４４の動作によって、垂直アーム４２と保持ヘッド４１とが、冷却体搬入口３１近傍まで移動し、冷却体搬入口３１を通して冷却体２５を受取って保持ヘッド４１で保持し、再び水平駆動部４４の動作によって、図２中矢符４６で示す方向である冷却体搬入口３１から坩堝３４上方位置へ向って移動する。さらに浸漬手段２６は、鉛直駆動部４３の動作によって、垂直アーム４２を下降させて保持ヘッド４１に保持される冷却体２５を坩堝３４に収容される溶湯２３中へ浸漬し、シリコンを冷却体２５の表面に凝固析出させる。
【００５０】
シリコンを冷却体２５の表面に凝固析出させた後、冷却体２５を図２中矢符４７で示す方向へ搬送する。すなわち、再度鉛直駆動部４３の動作によって垂直アーム４２を上昇させて冷却体２５を溶湯２３から引上げ、坩堝３４上方位置から冷却体搬出口３２へ向って移動し、受渡部３３上に凝固析出させたシート状シリコン４８を有する冷却体２５を一旦載置し、冷却体搬出口３２を通して冷却体２５を引渡す。
【００５１】
本実施形態の落下物受容手段２７は、バケット状に形成される部材である。したがって、ここでは落下物受容手段２７をバケット２７と呼ぶことがある。バケット２７は、上面から見た形状が矩形を有し、側面から見た形状が三角形と長方形とを結合させた形状を有する。バケット２７は、底板２７ａと、奥板２７ｂと、底板２７ａおよび奥板２７ｂに連接して側壁を構成する２枚の第１および第２側板２７ｃ１，２７ｃ２とを含んで構成される。また底板２７ａは、側面から見た形状が長方形部分の底を構成する水平底板２７ａ１と、側面から見た形状が三角形部分の底を構成する傾斜底板２７ａ２とを含む。
【００５２】
バケット２７の底板２７ａが、冷却体２５から離脱して落下する落下物の受容面を構成する。ここで、落下物とは、冷却体２５から離脱したシート状シリコン４８の破片のことである。バケット２７は、受容面である底板２７ａが、カーボンまたは石英によって形成される。なお、バケット２７の奥板２７ｂ、第１および第２側板２７ｃ１，２７ｃ２も、カーボンまたは石英によって形成されることが好ましい。カーボンまたは石英で形成されることによって、落下したシート状シリコン４８の破片に対する重金属等の不純物混入を避けることができるので、製造される析出板の品質を高品位に保つことができる。
【００５３】
落下物受容手段であるバケット２７は、冷却体２５が搬送される方向の寸法が、坩堝３４の周縁部に覆い被さる位置から搬送経路の終端部である受渡部３３が設けられる付近まで延びる長さに形成され、また冷却体２５が搬送される方向に垂直な方向の寸法（幅寸法）が、坩堝３４の短辺側寸法とほぼ同じ長さになるように形成される。
【００５４】
バケット２７は、定常状態においては、落下物を受容する受容面である底板２７ａの少なくとも水平底板２７ａ１が、溶解炉３４に収容される溶湯２３の液面よりも高い位置になるように、底板２７ａの傾斜底板２７ａ２が、溶解炉３４から遠くなるほど鉛直方向の位置が低くなるように傾斜して設けられる。このバケット２７が落下したシート状シリコン４８の破片を受容して収容することのできる容積は、溶解炉３４から遠くなるほど大きくなるように、すなわち溶解炉３４に近い側面形状が長方形の部分よりも、溶解炉３４から遠い側面形状が三角形部分の方が大きくなるように形成される。
【００５５】
バケット２７には、バケット２７に受容された破片をバケット２７中で溶解炉３４から遠ざかる方向へ移動させる落下物移動手段２８が設けられる。本実施形態の落下物移動手段２８は、バケット２７を傾動させる第１傾動手段２８である。
【００５６】
バケット２７は、傾斜底板２７ａ２と奥板２７ｂとが連接する連接部において、詳細を後述する落下物再投入手段２９の回転フレーム部材６５に角変位自在に支持され、ヒンジ構造５１を成す。このヒンジ構造５１部分は、バケット２７が傾動する際の支点となるので、便宜上支点ヒンジ部５１と呼ぶ。またバケット２７には、バケット２７の奥板２７ｂの外方に臨む端部において、ヒンジ構造５２を有するようにして第１傾動手段２８が装着される。第１傾動手段２８としては、たとえば空圧や油圧式のシリンダとピストンとを含んでなるユニットが好適に用いられる。このヒンジ構造５２部分を、便宜上傾動ヒンジ部５２と呼ぶ。
【００５７】
第１傾動手段２８の傾動ヒンジ部５２と反対側は、上記回転フレーム部材６５から水平方向にチャンバ２１の側壁２１ｂに向って延びるように形成される支持板５３の遊端部５３ａにヒンジ構造を有するようにして装着される。
【００５８】
第１傾動手段２８は、前記バケット２７が定常状態、すなわち底板２７ａの水平底板２７ａ１が水平面と平行になり、底板２７ａの傾斜底板２７ａ２が、溶解炉２４から遠くなるほど鉛直方向の位置が低くなるように傾斜する状態にあるとき、シリンダ２８ａからピストンロッド２８ｂを伸長させてある。したがって、第１傾動手段２８のピストンロッド２８ｂを、シリンダ２８ａ内に退縮させるように駆動、すなわち図２中の矢符５４方向に移動させるとき、バケット２７は、支点ヒンジ部５１を支点として、バケット２７の水平底板２７ａ１が坩堝３４から離反する方向（図２の紙面に向って時計回り）に角変位移動する。
【００５９】
バケット２７が時計回りに角変位移動することによって、水平底板２７ａ１は溶解炉２４から遠くなるほど鉛直方向の位置が低くなるように傾斜し、傾斜底板２７ａ２は溶解炉２４から遠くなるほど鉛直方向の位置が一層低くなるように深く傾斜する。このことによって、バケット２７で受容される落下物を、バケット２７内で溶解炉２４から遠ざかる方向へ移動、すなわち側部断面の形状が略三角形を有する収容容積の大きい側へ移動させることができる。したがって、バケット２７で受容した落下物を、溶解炉２４側へ落すことなく確実に収容し、かつバケット２７の容積の大きい部分に相当量を収容することが可能になる。
【００６０】
本実施形態では、落下物再投入手段２９は、バケット２７の落下物受容面である底板２７ａが溶解炉２４へ近くなるほど鉛直方向の位置が低くなるように、バケット２７を傾動させる第２傾動手段６１とその駆動源６２とを含んで構成される。
【００６１】
第２傾動手段６１は、ベース板６３と、ベース板６３の上に設けられる回転支持部６４と、回転支持部６４に回転自在に支持される前記回転フレーム部材６５と、ベース板６３上で回転支持部６４に対向する位置に形成される支持突起部６６と、バランサ６７とを含む。第２傾動手段６１は、バケット２７の幅方向両側に一対が設けられるけれども、互いにバケット２７に関して対称であること以外は同一に構成されるので、一方のみで代表して構成を説明する。
【００６２】
ベース板６３は、略直方体形状の金属製の板部材であり、チャンバ２１の底板２１ｃ上に、冷却体２５の搬送方向に延びて設置される。ベース板６３上に設けられる回転支持部６４には、軸受部によって回転フレーム部材６５が、角変位自在に支持される。
【００６３】
回転フレーム部材６５は、上面から見た形状も側面から見た形状もＬ字状の棒部材である。すなわち、回転フレーム部材６５は、定常状態で、水平方向に延びる水平棒部６５ａと、水平棒部６５ａに連なり水平棒部６５ａに対して垂直に立上がって延びる垂直棒部６５ｂと、垂直棒部６５ｂに連なり垂直棒部６５ｂから水平方向であってバケット２７に向って延びる支持棒部６５ｃとから成る。回転フレーム部材６５の水平棒部６５ａには、水平棒部６５ａに対して直交する方向に軸線を有するようにして回転軸部材６８が固着され、厳密には回転軸部材６８が回転支持部６４の軸受部に回転自在に支持される。
【００６４】
回転フレーム部材６５の支持棒部６５ｃの先端部においてバケット２７が角変位自在に支持され、上記の支点ヒンジ部５１が構成される。回転フレーム部材６５の水平棒部６５ａの一端部には、駆動源６２の負荷トルクを軽減させるためのバランサ６７が装着される。回転フレーム部材６５の水平棒部６５ａのバランサ６７が装着される一端部と反対側の他端部は、定常状態においては、ベース板６３に回転支持部６４に対向する位置にベース板６３から突出するように形成される支持突起部６６に当接して支持される。なお、回転フレーム部材６５の水平棒部６５ａは、支持突起部６６に単に当接して支持されるに過ぎないものであり、回転フレーム部材６５が角変位移動するとき、随意に当接状態から離脱することができる。
【００６５】
駆動源６２は、電動機７１と、電動機７１を設置する電動機設置台７２と、磁気シールユニット７３と、伝達軸部材７４と、２つの第１および第２カップリング７５，７６とを含んで構成される。電動機７１は、チャンバ２１の側壁に装着される電動機設置台７２上に固定される。電動機７１の回転駆動力は、その出力軸と、磁気シールユニット７３の軸とを接続する第１カップリング７５を介して伝達される。磁気シールユニット７３は、電動機７１の回転駆動力をチャンバ２１内の第２傾動手段６１に伝えるためにチャンバ２１の側壁に形成される貫通孔７７を封止するようにして装着される。
【００６６】
磁気シールユニット７３に伝達された回転駆動力は、さらに第２カップリング７６で接続される伝達軸部材７４に伝達され、伝達軸部材７４は回転フレーム部材６５の回転軸部材６８に接続される。このことによって、電動機７１の回転駆動力が回転フレーム部材６５に伝達され、回転フレーム部材６５が回転支持部６４に支持される回転軸部材６８の軸線まわりに、図２の紙面に向って反時計回りに角変位することができる。
【００６７】
回転フレーム部材６５の支持棒部６５ｃの先端部にはバケット２７が支持され、また支持棒部６５ｃから水平に突出して形成される支持板５３には落下物移動手段である第１傾動手段２８が装着されているので、駆動源６２を回転駆動させて回転フレーム部材６５を図２の紙面に向って反時計周りに角変位移動させるとき、第１傾動手段２８もろ共バケット２７を、バケット２７の落下物受容面である底板２７ａが溶解炉２４へ近くなるほど鉛直方向の位置が低くなるように、傾動させることができる。
【００６８】
このことによって、バケット２７で受容し、バケット２７内に収容するシート状シリコン４８の破片である落下物を、溶湯として再利用するために溶解炉２４の坩堝３４中へ再投入することが可能になる。
【００６９】
なお、回転フレーム部材６５を傾動させる角度は、バケット２７の底板２７ａ、特に傾斜底部２７ａ２の傾斜角度によって適当な値が定まるので、一概に定めることはできないけれども、初期の水平状態から概ね角度３０度程度まで傾斜されるようにすることが好ましい。
【００７０】
析出板製造装置２０には、さらに制御装置３０が備えられる。制御装置３０は、たとえば中央処理装置（ＣＰＵ）を備える処理回路であり、溶解炉２４の電源、浸漬手段２６の各駆動部、落下物移動手段２８、落下物再投入手段２９などに電気的に接続され、制御装置３０のメモリ部に予めストアされる装置全体の動作制御プログラムに従って、析出板製造に係る装置の全体動作を制御する。
【００７１】
図３は析出板製造装置２０に備わる落下物受容手段２７の落下物受容の状態を示す図であり、図４は析出板製造装置２０に備わる落下物移動手段２８によって落下物を落下物受容手段２７の中で移動させる状態を示す図であり、図５は析出板製造装置２０に備わる落下物再投入手段２９による落下物再投入の状態を示す図である。
【００７２】
以下図３、図４および図５を参照し、冷却体２５の表面で凝固析出後、熱履歴によって発生する内部応力によって自壊したシート状シリコン４８から成る落下物４８ａ（シート状シリコンの破片）の受容と再投入について説明する。
【００７３】
溶湯２３中へ浸漬された冷却体２５を、シリコンの凝固析出によってシート状シリコン４８が生成された後に溶湯２３中から引上げ、図３中矢符４７で示す溶湯２３の上方位置から離反する方向へ搬送する途上において、シート状シリコン４８に生じる内部応力によって、シート状シリコン４８が自壊することがある。シート状シリコン４８が自壊すると、シート状シリコン４８の冷却体２５に対する付着力が低下し、シート状シリコン４８が破片４８ａとなり、冷却体２５から離脱して落下する。析出板製造装置２０では、図３中矢符４７で示す搬送経路の下方に落下物受容手段であるバケット２７が設けられるので、落下するシート状シリコン４８の破片４８ａが、バケット２７で受容され、その受容面すなわち底面２７ａ上に堆積する。
【００７４】
冷却体２５をチャンバ２１内に搬入し、冷却体２５の表面でシート状シリコン４８を生成して搬出する動作を継続すると、シート状シリコン４８の自壊による破片４８ａの量が増大し、受容した破片４８ａがバケット２７の底部２７ａに堆積されて山積みとなる。このような状態になると、冷却体２５の表面上に生成されたシート状シリコン４８を搬送する際、シート状シリコン４８が山積み状態の破片４８ａに接触し、接触した衝撃で健全であるにも関らずシート状シリコン４８自体が冷却体２５から外れて落下する問題が生じる。
【００７５】
しかしながら、本発明の析出板製造装置２０では、落下物移動手段である第１傾動手段２８を動作させて、バケット２７を傾動させることによって、受容した破片４８ａを、バケット２７の中で、溶解炉２４から遠ざかる方向へ移動、すなわち収容容積の大きい方へ移動させることができる。バケット２７の収容容積の大きい部分では、底板２７ａの傾斜底板２７ａ２が鉛直方向下方に向って傾斜して形成されるので、相当量の破片４８ａを収容したとしても、冷却体２５の表面上で形成されて搬送途中のシート状シリコン４８に当るというトラブルを発生することがない。またバケット２７を傾動させることによって、受容した破片４８ａをバケット２７から坩堝３４中へ落す、いわゆるこぼすことが防止される。
【００７６】
バケット２７に堆積した破片４８ａは、坩堝３４内の溶湯２３の量が減少して補充の必要が生じたとき、または堆積量が一定量に達したとき、シート状シリコン４８の製造を一旦停止し、落下物再投入手段２９を動作させて、バケット２７を図５中矢符７８で示す方向、すなわち紙面に向って反時計回り方向に角変位させて傾斜させることによって、破片４８ａに重力が作用し、図５中矢符７９で示す鉛直方向に落下して坩堝３４中に投入されて再度溶解される。
【００７７】
坩堝３４内への溶湯２３の補充と落下物であるシート状シリコン４８の破片４８ａの再投入は、たとえば次のようにして実行することができる。溶湯２３の液面高さ検出器を設け、液面高さ検出器による検出値を、シリコンを補充しなければならない液面高さの限界値として予め定めてメモリにストアしてある値と制御装置３０が比較し、検出値が該限界値以下になったとき、制御装置３０がシート状シリコンの製造動作を停止し、落下物再投入手段２９を動作させるとともに、不図示のシリコン補充装置を動作させる制御指令を出力することによって可能である。
【００７８】
また堆積量が一定量に達した場合の坩堝３４内へのシート状シリコン４８の破片４８ａの再投入は、たとえば次のようにして実行することができる。バケット２７に重量検出器を設け、重量検出器による検出値を、再投入動作をしなければならない臨界値として予め定めてメモリにストアしてある値と制御装置が比較し、検出値が該臨界値以上になったとき、制御装置３０がシート状シリコンの製造動作を停止し、落下物再投入手段２９を動作させる制御指令を出力することによって可能である。
【００７９】
このように、析出板製造装置２０では、シート状シリコン４８の自壊した破片４８ａが処理されるので、シート状シリコン４８の自壊した破片４８ａの過剰な堆積により浸漬手段２６および冷却体２５の動作に支障をきたさないようにすることができる。
【００８０】
図６は本発明の実施の第２形態である析出板製造装置８０の構成を簡略化して示す側面方向から見た断面図であり、図７は析出板製造装置８０に備わる落下物移動手段８１によって落下物を落下物受容手段２７の中で移動させる状態を示す図であり、図８は析出板製造装置８０に備わる落下物再投入手段２９による落下物再投入の状態を示す図である。本実施の形態の析出板製造装置８０は、実施の第１形態の析出板製造装置２０に類似し、対応する部分については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００８１】
析出板製造装置８０において注目すべきは、落下物受容手段であるバケット２７によって受容された落下物であるシート状シリコン４８の破片４８ａを、バケット２７中で溶解炉２４から遠ざかる方向へ移動させる落下物移動手段８１が振動フィーダーによって構成されることである。ここで、振動フィーダーとは、水平または傾斜した「樋状の構造物」に、機械的に上下運動の加わった振動を与え、搬送物を斜め前方に投出すようにして搬送物を移動する装置のことである。
【００８２】
第１形態と同じ落下物受容手段であるバケット２７が樋状構造物に相当する。バケット２７は、受容面である底部２７ａのうち水平底部２７ａ１が、溶解炉３４から遠ざかるのに伴って鉛直方向の位置が低くなるように僅かに傾斜されて振動フィーダー８１上に固定される。さらに振動フィーダー８１は、回転フレーム部材６５の支持棒部６５ｃの上面に固定される。
【００８３】
析出板製造装置８０では、冷却体２５から離脱したシート状シリコン４８の破片４８ａをバケット２７で受容し、その受容面である底部２７ａ上に堆積する。シート状シリコン４８の破片４８ａを受容するバケット２７に対して、落下物移動手段である振動フィーダー８１を作動させることによって、受容面である底部２７ａ上の破片４８ａに振動を与え、バケット２７の底部２７ａが傾斜して設けられていることと相俟って、振動を駆動力として破片４８ａをバケット２７の中で溶解炉２４から遠ざかる方向へ移動、すなわち収容容積が大きい方へ移動させることができる。すなわち実施の第１形態の析出板製造装置２０における第１傾動手段２８と同様の効果を奏することができる。
【００８４】
また、坩堝３４内の溶湯２３の量が減少して補充の必要が生じたとき、またはバケット２７における破片４８ａの堆積量が一定量に達したとき、シート状シリコン４８の製造を一旦停止し、バケット２７に堆積した落下物であるシート状シリコン４８の破片４８ａを、落下物再投入手段２９によってバケット２７を振動フィーダー８１もろ共傾動させて坩堝３４内へ再投入することができる。
【００８５】
以上に述べたように、本実施の形態では、析出板製造装置は、シート状シリコンの製造に用いられるけれども、これに限定されることなく、シート状の他の半導体、たとえばシート状ガリウム−ヒ素などの製造、またシート状金属の製造に用いられても良い。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の実施の一形態である析出板製造装置２０の構成を簡略化して示す上面図である。
【図２】図１に示す析出板製造装置２０による析出板製造の概要を示す側面方向から見た断面図である。
【図３】析出板製造装置２０に備わる落下物受容手段２７の落下物受容の状態を示す図である。
【図４】析出板製造装置２０に備わる落下物移動手段２８によって落下物を落下物受容手段２７の中で移動させる状態を示す図である。
【図５】析出板製造装置２０に備わる落下物再投入手段２９による落下物再投入の状態を示す図である。
【図６】本発明の実施の第２形態である析出板製造装置８０の構成を簡略化して示す側面方向から見た断面図である。
【図７】析出板製造装置８０に備わる落下物移動手段８１によって落下物を落下物受容手段２７の中で移動させる状態を示す図である。
【図８】析出板製造装置８０に備わる落下物再投入手段２９による落下物再投入の状態を示す図である。
【図９】従来のシート状シリコン製造に用いられる析出板製造装置１の構成を簡略化して示す図である。
【図１０】析出板製造装置１におけるシート状シリコン製造の概要を説明する図である。
【図１１】シート状シリコンが内部応力によって破壊した状態を示す図である。
【図１２】シート状シリコンが内部応力によって破壊した状態を示す図である。
【符号の説明】
【００８７】
２０ 析出板製造装置
２１ チャンバ
２３ 溶湯
２４ 溶解炉
２５ 冷却体
２６ 浸漬手段
２７ 落下物受容手段
２８ 落下物移動手段
２９ 落下物再投入手段
３０ 制御装置
３４ 坩堝
３５ 高周波誘導コイル
８１ 振動フィーダー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、析出板製造装置および析出板製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境に対する負荷を軽減するべく、化石燃料を用いる火力発電以外の、風力発電、波力発電などの発電方法が種々試みられている。なかでも最も注目され、実用化の先端に位置付けられているのが太陽電池による発電であり、この太陽電池には、その素材として多結晶シリコンが用いられている。
【０００３】
太陽電池に用いられる多結晶シリコンを製造する従来の代表的な技術として、不活性ガス雰囲気中でリン（Ｐ）またはボロン（Ｂ）等のドーパントを添加した高純度シリコンを坩堝中で加熱溶融させ、この融液を鋳型に流し込んで冷却し、多結晶インゴットを得る鋳造方法がある（特許文献１参照）。
【０００４】
太陽電池に使用されるシート状のシリコンは、上記のようにして得られる多結晶インゴットを、バンドソー等で小さなブロックに切断し、さらにワイヤソーまたは内周刃法などでスライスすることによって製造される。
【０００５】
このような製造方法は、多結晶シリコンインゴットを得るための鋳造工程に加え、シート状シリコンの外形ブロックサイズに切断する工程と、高いコストを要するシート厚さにスライスするスライシング工程が必要なこと、またこのスライシング工程でワイヤまたは内周刃の厚み分以上の材料ロスを生じること等、太陽電池の製造コスト低減を図るうえで大きな障害になっている。
【０００６】
このような問題を解決する従来技術に、スライシング工程を省略し、溶融シリコンに冷却体を浸漬させ、冷却体のシート生成面にシリコンを付着、凝固析出させるシート状のシリコンを製造する方法が提案されている（たとえば、特許文献２〜４参照）。
【０００７】
図９は従来のシート状シリコン製造に用いられる析出板製造装置１の構成を簡略化して示す図であり、図１０は析出板製造装置１におけるシート状シリコン製造の概要を説明する図である。以下図９および図１０を参照し、溶融シリコンに冷却体を浸漬させ、冷却体のシート生成面にシリコンを付着、凝固析出させるシート状のシリコン製造方法を説明する。
【０００８】
本背景技術では、析出板製造装置を用い、特にシート状シリコンを製造する例について説明を行うけれども、本発明の背景技術がシート状シリコンの製造のみに限定されるものではなく、たとえば、シリコン以外のシート状半導体または金属板の製造においても利用可能である。
【０００９】
析出板製造装置１は、チャンバ２によって形成される処理空間３内に溶解炉４が配置される。溶解炉４には坩堝５が備えられ、坩堝５内にはシリコンを加熱溶解した溶湯６が収容される。また、処理空間３内には、冷却体７を溶湯６に浸漬させる浸漬手段８が設けられる。
【００１０】
浸漬手段８は、不図示の搬送装置によって、チャンバ２の１側壁に形成される冷却体搬入口９を通して処理空間３内に搬入された冷却体７を保持することができる。浸漬手段８は、保持する冷却体７を、矢符１５で示される方向、すなわち冷却体搬入口９付近から坩堝５に収容される溶湯６の上方位置まで搬送し、溶湯６に浸漬させ、冷却体７の表面にシリコンを凝固析出させる。その後、浸漬手段８は、冷却体７と冷却体７の表面に生成されたシート状シリコン１１を、溶湯６から引上げ、さらに溶湯６の上方位置から離反させる矢符１６で示す方向、すなわち冷却体搬入口９が形成される１側壁に対向する側壁に形成される冷却体搬出口１０へ向けて搬送し、冷却体搬出口１０を通して不図示の搬送装置へ受渡す。制御装置１４は、析出板製造装置１の各部の動作を制御する。
【００１１】
以上の一連のシート状シリコン製造の動作を複数回繰返すと、溶解炉４に備わる坩堝５に収容される溶湯６が減少し、シート状シリコン１１の製造に支障が出る。その場合、一旦シート状シリコン１１の製造を停止し、図示しないシリコンの溶解材料追加装置によって、析出板製造装置１の外部から追加のシリコンを、坩堝５内へ導入して溶解し、減少分の溶湯を補充する。
【００１２】
このような従来技術で用いられる方法では、冷却体７が、溶解したシリコンの溶湯６内に浸漬され、その後溶湯６外に引上げられるので、冷却体７の表面に析出したシート状シリコン１１は、析出およびその後の冷却過程における急激な温度変化により大きな内部応力を内包することが避けられない。
【００１３】
シート状シリコンのサイズがある値以上の場合、冷却体表面に析出したシート状シリコン内部に発生した大きな応力は、シート状シリコンを破壊してしまう場合がある。一方、シート状シリコンのサイズが比較的小さい場合、内部応力の発生は大きな問題とはならない。一般的には、シート状シリコンのサイズが、一辺１００ｍｍ以下の矩形であれば、内部応力による破壊はほとんど発生しない。
【００１４】
しかしながら、近年、太陽電池用シート状シリコンのサイズは大きくなる傾向にあり、たとえば、現在生産されている多結晶太陽電池に使用されるシート状シリコンは、大きなものでは、一辺が１５０ｍｍ程度の矩形である。このような大きいサイズのシート状シリコンを、前述のように冷却体をシリコン溶湯に浸漬して製造する場合、内部応力によるシート状シリコンの破壊が比較的高い確率で発生する。
【００１５】
図１１および図１２は、シート状シリコンが内部応力によって破壊した状態を示す図である。内部応力によって破壊したシート状シリコン１１の破片１１ａは、冷却体７から離脱して落下し、シリコンを溶解する溶解炉４の周辺に堆積する。破壊し堆積したシート状シリコン１１の破片１１ａが多くなると、冷却体７または凝固析出によって冷却体７表面に生成されたシート状シリコン１１に接触し、シート状シリコン製造を阻害する要因となる。
【００１６】
このような問題を解決する方法として、破壊して堆積したシート状シリコンの破片１１ａが、シート状シリコン製造を阻害する要因となる前に、堆積したシート状シリコンの破片１１ａを、析出板製造装置１の外部に排出してしまうことが考えられる。しかしながら、シート状シリコンの製造において、チャンバ２内部の処理空間３は、通常密閉された不活性ガス雰囲気に保たれているので、処理空間３内の不活性ガス雰囲気の環境を維持しつつ、堆積したシート状シリコンの破片１１ａを析出板製造装置１の外部に排出するためには、専用のロードロック室とゲートバルブとを設けることが必要である。この、専用のロードロック室は、一種の真空チャンバであり、これを付設することによる装置価格の大幅な上昇と、装置設置面積の増加という問題を招来する。
【００１７】
また、このような凝固析出したシート状シリコンの自壊を防ぐことを目的として、冷却体をシート状シリコンに発生する内部応力が分散するような形状にしたり、仮にシート状シリコンが自壊しても目的とする製品が得られるように、製品寸法よりも外側部分にあらかじめ壊れやすい部分を設けておくなどの方法が考えられているけれども、完全に自壊を防ぐことは困難であり、やはり発生するシート状シリコンの破片の適正な処理が、重要な解決課題である。
【００１８】
【特許文献１】特開平６−６４９１３号公報
【特許文献２】特開平１０−２９８９５号公報
【特許文献３】特開２００２−１７５９９６号公報
【特許文献４】特開２００３−５９８４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明の目的は、冷却体表面に凝固析出して生成される析出板の自壊による破片を適正処理し、析出板の生産に対して悪影響を及ぼすことを防止できる析出板製造装置および析出板製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、溶解対象物を加熱して溶湯にし、該溶湯を収容する溶解炉と、析出板生成の原板である冷却体を、溶湯の上方位置へ搬送し、溶湯中へ浸漬し、溶湯中から引上げて溶湯の上方位置から離反する方向へ搬送する浸漬手段とを備え、溶解対象物を冷却体の表面に凝固析出させて析出板を製造する析出板製造装置であって、
冷却体が溶湯上方位置から離反する方向へ搬送される搬送経路途中に設けられ、冷却体から離脱して落下する落下物を受容する落下物受容手段と、
落下物受容手段によって受容された落下物を落下物受容手段中で溶解炉から遠ざかる方向へ移動させる落下物移動手段と、
落下物受容手段によって受容される落下物を溶解炉内へ移動させる落下物再投入手段とを含むことを特徴とする析出板製造装置である。
【００２１】
また本発明は、落下物受容手段は、
落下物を受容する受容面が、溶解炉に収容される溶湯の液面よりも高い位置になるように、かつ冷却体が溶湯上方位置から離反する方向へ搬送される搬送経路の終端部付近まで延び搬送経路の下方に位置して設けられることを特徴とする。
【００２２】
また本発明は、落下物受容手段は、
落下物を受容する受容面が、溶解炉から遠くなるほど鉛直方向の位置が低くなるように傾斜し、かつ受容面を含んでなる受容部が、溶解炉から遠くなるほど落下物を収容する容積が大きくなるように形成されることを特徴とする。
【００２３】
また本発明は、落下物受容手段は、落下物を受容する受容面の少なくとも一部が、カーボンまたは石英から成ることを特徴とする。
【００２４】
また本発明は、落下物移動手段は、落下物を受容する受容面が溶解炉から遠くなるほど鉛直方向の位置が低くなるように、落下物受容手段を傾動させる傾動手段を含むことを特徴とする。
【００２５】
また本発明は、落下物受容手段は、落下物を受容する受容面が、溶解炉から遠くなるほど鉛直方向の位置が低くなるように傾斜し、
落下物移動手段は、少なくとも落下物を受容する受容面を振動させる振動フィーダーを含むことを特徴とする。
【００２６】
また本発明は、落下物再投入手段は、落下物受容手段の落下物受容面が溶解炉へ近くなるほど鉛直方向の位置が低くなるように、落下物受容手段を傾動させる傾動手段を含むことを特徴とする。
【００２７】
本発明は、溶解対象物を溶解炉で加熱して溶湯にし、析出板生成の原板である冷却体を、溶解炉に収容される溶湯の上方位置へ搬送し、溶湯中へ浸漬し、溶湯中から引上げて溶湯の上方位置から離反する方向へ搬送することによって、溶解対象物を冷却体の表面に凝固析出させて析出板を製造する析出板製造方法であって、
冷却体が溶湯上方位置から離反する方向へ搬送される途中で冷却体から離脱して落下する落下物を受容する工程と、
受容された落下物を、溶解炉から遠ざかる方向へ移動させる工程と、
受容された落下物を溶解炉内へ移動させる工程とを含むことを特徴とする析出板製造方法である。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、析出板製造装置は、冷却体から落下する落下物を受容する落下物受容手段と、落下物受容手段によって受容された落下物を落下物受容手段中で溶解炉から遠ざかる方向へ移動させる落下物移動手段と、落下物受容手段によって受容される落下物を溶解炉内へ移動させる落下物再投入手段とを含んで構成される。このことによって、冷却体の表面に凝固析出して生成された析出板が自壊して冷却体から離脱落下した場合、該落下物を受止めて、一旦落下物を落下物受容手段中で溶解炉から遠ざかる方向へ移動させた後、溶湯の材料充填を行う際に溶解炉内に移動させることが可能となり、また析出板の破片が溶解炉周辺に堆積することを防止して、破片の堆積が析出板の生産に対して悪影響を及ぼすことを最小限にとどめることができる。
【００２９】
また本発明によれば、落下物受容手段は、落下物を受容する受容面が、溶解炉に収容される溶湯の液面よりも高い位置になるように、かつ冷却体が溶湯上方位置から離反する方向へ搬送される搬送経路の終端部付近まで延び搬送経路の下方に位置して設けられる。このことによって、溶解炉周辺に落下する落下物を確実に漏らすことなく受容することができるとともに、受容した落下物を溶解炉へ再投入する際には重力の作用を利用して容易に投入することができる。
【００３０】
また本発明によれば、落下物受容手段は、落下物を受容する受容面が、溶解炉から遠くなるほど鉛直方向の位置が低くなるように傾斜し、かつ受容面を含んでなる受容部が、溶解炉から遠くなるほど落下物を収容する容積が大きくなるように形成される。このことによって、受容した落下物を、溶解炉側へ落すことなく確実に落下物受容手段に収容することができる。
【００３１】
また本発明によれば、落下物受容手段は、落下物を受容する受容面の少なくとも一部が、カーボンまたは石英から成るので、受容した落下物に対する重金属等の不純物混入を避けることができ、製造される析出板の品質を高品位に保つことができる。
【００３２】
また本発明によれば、落下物移動手段は、落下物を受容する受容面が溶解炉から遠くなるほど鉛直方向の位置が低くなるように、落下物受容手段を傾動させる傾動手段を含んで構成される。このことによって、落下物を受容する落下物受容手段の受容面を、溶解炉から遠くなるほど鉛直方向の位置が低くなるように傾斜させるという簡単な動作で、溶解炉から遠ざかる方向へ落下物を移動させることができる。
【００３３】
また本発明によれば、落下物受容手段は、落下物を受容する受容面が、溶解炉から遠くなるほど鉛直方向の位置が低くなるように傾斜し、落下物移動手段は、少なくとも落下物を受容する受容面を振動させる振動フィーダーを含むので、振動フィーダーで受容面を振動させるという簡単な動作で、溶解炉から遠ざかる方向へ落下物を移動させることができる。
【００３４】
また本発明によれば、落下物再投入手段は、落下物受容手段の落下物受容面が溶解炉へ近くなるほど鉛直方向の位置が低くなるように、落下物受容手段を傾動させる傾動手段を含んで構成されるので、傾動手段を駆動させるという簡単な動作で落下物を溶解炉内に移動させることができる。
【００３５】
また本発明によれば、冷却体の表面に凝固析出して生成された析出板が自壊して冷却体から離脱落下した場合、該落下物を受止め、受止めた落下物を溶解炉から遠ざかる方向へ移動させ、受容された落下物を溶解炉内へ移動させることで、析出板の破片が溶解炉周辺に堆積することを防止し、破片の堆積が析出板の生産に対して悪影響を及ぼすことを最小限にとどめることができる析出板製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
図１は本発明の実施の一形態である析出板製造装置２０の構成を簡略化して示す上面図であり、図２は図１に示す析出板製造装置２０による析出板製造の概要を示す側面方向から見た断面図である。
【００３７】
析出板製造装置２０は、溶解対象物を溶解炉２４で加熱して溶湯２３にし、析出板生成の原板である冷却体２５を、溶湯２３中へ浸漬し、溶湯２３中から引上げて、溶解対象物を冷却体２５の表面に凝固析出させて析出板を製造することに用いられる。本実施の形態では、溶解対象物としてシリコンを用い、冷却体２５の表面上にシリコンを凝固析出させて析出板であるシート状シリコンを製造する場合について例示する。
【００３８】
析出板製造装置２０は、大略、チャンバ２１と、チャンバ２１が形成する内部空間である処理空間２２内に設けられ、溶解対象物であるシリコンを加熱して溶湯２３にし、該溶湯２３を収容する溶解炉２４と、シート状シリコン生成の原板である冷却体２５を、溶湯２３の上方位置へ搬送し、溶湯２３中へ浸漬し、溶湯２３中から引上げて溶湯２３の上方位置から離反する方向へ搬送する浸漬手段２６と、冷却体２５が溶湯上方位置から離反する方向へ搬送される搬送経路途中に設けられ、冷却体２５から離脱して落下する落下物であるシート状シリコン４８の破片を受容する落下物受容手段２７と、落下物受容手段２７によって受容された落下物を落下物受容手段２７中で溶解炉２４から遠ざかる方向へ移動させる落下物移動手段２８と、落下物受容手段２７によって受容される落下物を溶解炉２４内へ移動させる落下物再投入手段２９とを含む構成である。
【００３９】
チャンバ２１は、外観が大略直方体形状を有し、内部が中空の構造体である。チャンバ２１は、たとえば鋼製の躯体に図示を省くけれどもアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などの断熱材が内張りされて、断熱かつ耐火構造を備える。このチャンバ２１には、不図示の真空排気手段と不活性ガス供給手段とが付設され、これらによって、チャンバ２１の処理空間２２を真空雰囲気または不活性ガス雰囲気に保つことができる。
【００４０】
またチャンバ２１の一方の側壁２１ａには、チャンバ２１の外部にある不図示の搬送装置と、処理空間２２内にある浸漬手段２６との間で、冷却体２５を受渡しするための冷却体搬入口３１が形成される。この冷却体搬入口３１には、不図示の開閉自在の扉が設けられ、扉の外方にはさらに副室チャンバが設けられる。この副室チャンバは、チャンバ２１と同様に雰囲気調整が可能に構成され、冷却体搬入口３１と反対側には開閉自在の扉が設けられる。したがって、搬送装置でチャンバ２１まで搬送された冷却体２５は、まず大気開放された副室チャンバ内へ搬入され、副室チャンバ内を雰囲気調整した後、さらに副室チャンバ内に備わる搬送手段によって冷却体搬入口３１を通して浸漬手段２６へ渡される。
【００４１】
チャンバ２１の前記一方の側壁２１ａに対向する他方の側壁２１ｂには、冷却体搬入口３１と対向する位置に冷却体２５をチャンバ２１の外部へ搬出するための冷却体搬出口３２が形成される。
【００４２】
冷却体２５の搬送経路の下方かつ冷却体搬出口３２の下端部付近であって処理空間２２内に、処理空間２２内で搬送される冷却体２５を、冷却体搬出口３２から搬出するために、浸漬手段２６から受取り、チャンバ２１外のもう一つの搬送手段に受渡す受渡部３３が設けられる。この冷却体搬出口３２にも、開閉自在の扉とその外方に副室チャンバが設けられる。浸漬手段２６から受渡部３３に一旦載置されたシート状シリコン４８を有する冷却体２５が、副室チャンバを介してもう一つの搬送手段に受渡しされる。
【００４３】
本実施の形態では、溶解炉２４は、高周波誘導溶解炉であり、溶解対象物であるシリコンが投入され溶解されてその溶湯２３が収容される坩堝３４と、坩堝３４のまわりに巻きまわされる高周波誘導コイル３５と、坩堝３４と高周波誘導コイル３５とを収容する炉体容器３６と、不図示の高周波電源とを含む。
【００４４】
坩堝３４は、たとえばグラファイト製の有底直方体形状容器である。炉体容器３６は、たとえば耐火煉瓦から成り、坩堝３４とほぼ相似形の有底直方体形状容器である。炉体容器３６と坩堝３４および高周波誘導コイル３５との間は、図では空隙であるけれども、実際にはここに断熱性および絶縁性の耐火物などが充填される。溶解炉２４は、処理空間２２内であって、チャンバ２１の底板２１ｃ上に設置される。溶解炉２４は、高周波電源から高周波誘導コイル３５に高周波電流を流すことによって、グラファイト製の坩堝３４および坩堝３４内のシリコンに誘導電流が発生し、自ら発熱することを利用する装置である。
【００４５】
浸漬手段２６は、冷却体２５を保持する保持ヘッド４１と、保持ヘッド４１が装着されて鉛直方向に延びて設けられる垂直アーム４２と、垂直アーム４２を鉛直方向に移動させる鉛直駆動部４３と、垂直アーム４２および保持ヘッド４１を水平方向に移動させる水平駆動部４４と、水平駆動部４４が水平方向に走行する軌道部材４５とを含む。
【００４６】
軌道部材４５は、たとえば金属製の細長い部材であり、処理空間２２内において前記一方の側壁２１ａと他方の側壁２１ｂとの両者に隣接する側壁もしくはチャンバ２１の天板に装着され、坩堝３４の上方空間を、冷却体搬入口３１から冷却体搬出口３２に向って延びるように設けられる。水平駆動部４４は、軌道部材４５に形成されるたとえば溝状の軌道に案内されて、垂直アーム４２および保持ヘッド４１を水平方向へ進退自在に移動させる。
【００４７】
鉛直駆動部４３は、垂直アーム４２と垂直アーム４２に装着される保持ヘッド４１とを鉛直方向、すなわち坩堝３４の上方に位置するときには、坩堝３４に収容される溶湯２３に近接離反するように移動させることができる。
【００４８】
垂直アーム４２に装着される保持ヘッド４１は、ハンドリング機構を有し、ハンドリング機構の動作により冷却体２５を把持し、また解放することができる。
【００４９】
したがって、浸漬手段２６は、以下の動作をすることができる。浸漬手段２６は、水平駆動部４４の動作によって、垂直アーム４２と保持ヘッド４１とが、冷却体搬入口３１近傍まで移動し、冷却体搬入口３１を通して冷却体２５を受取って保持ヘッド４１で保持し、再び水平駆動部４４の動作によって、図２中矢符４６で示す方向である冷却体搬入口３１から坩堝３４上方位置へ向って移動する。さらに浸漬手段２６は、鉛直駆動部４３の動作によって、垂直アーム４２を下降させて保持ヘッド４１に保持される冷却体２５を坩堝３４に収容される溶湯２３中へ浸漬し、シリコンを冷却体２５の表面に凝固析出させる。
【００５０】
シリコンを冷却体２５の表面に凝固析出させた後、冷却体２５を図２中矢符４７で示す方向へ搬送する。すなわち、再度鉛直駆動部４３の動作によって垂直アーム４２を上昇させて冷却体２５を溶湯２３から引上げ、坩堝３４上方位置から冷却体搬出口３２へ向って移動し、受渡部３３上に凝固析出させたシート状シリコン４８を有する冷却体２５を一旦載置し、冷却体搬出口３２を通して冷却体２５を引渡す。
【００５１】
本実施形態の落下物受容手段２７は、バケット状に形成される部材である。したがって、ここでは落下物受容手段２７をバケット２７と呼ぶことがある。バケット２７は、上面から見た形状が矩形を有し、側面から見た形状が三角形と長方形とを結合させた形状を有する。バケット２７は、底板２７ａと、奥板２７ｂと、底板２７ａおよび奥板２７ｂに連接して側壁を構成する２枚の第１および第２側板２７ｃ１，２７ｃ２とを含んで構成される。また底板２７ａは、側面から見た形状が長方形部分の底を構成する水平底板２７ａ１と、側面から見た形状が三角形部分の底を構成する傾斜底板２７ａ２とを含む。
【００５２】
バケット２７の底板２７ａが、冷却体２５から離脱して落下する落下物の受容面を構成する。ここで、落下物とは、冷却体２５から離脱したシート状シリコン４８の破片のことである。バケット２７は、受容面である底板２７ａが、カーボンまたは石英によって形成される。なお、バケット２７の奥板２７ｂ、第１および第２側板２７ｃ１，２７ｃ２も、カーボンまたは石英によって形成されることが好ましい。カーボンまたは石英で形成されることによって、落下したシート状シリコン４８の破片に対する重金属等の不純物混入を避けることができるので、製造される析出板の品質を高品位に保つことができる。
【００５３】
落下物受容手段であるバケット２７は、冷却体２５が搬送される方向の寸法が、坩堝３４の周縁部に覆い被さる位置から搬送経路の終端部である受渡部３３が設けられる付近まで延びる長さに形成され、また冷却体２５が搬送される方向に垂直な方向の寸法（幅寸法）が、坩堝３４の短辺側寸法とほぼ同じ長さになるように形成される。
【００５４】
バケット２７は、定常状態においては、落下物を受容する受容面である底板２７ａの少なくとも水平底板２７ａ１が、溶解炉３４に収容される溶湯２３の液面よりも高い位置になるように、底板２７ａの傾斜底板２７ａ２が、溶解炉３４から遠くなるほど鉛直方向の位置が低くなるように傾斜して設けられる。このバケット２７が落下したシート状シリコン４８の破片を受容して収容することのできる容積は、溶解炉３４から遠くなるほど大きくなるように、すなわち溶解炉３４に近い側面形状が長方形の部分よりも、溶解炉３４から遠い側面形状が三角形部分の方が大きくなるように形成される。
【００５５】
バケット２７には、バケット２７に受容された破片をバケット２７中で溶解炉３４から遠ざかる方向へ移動させる落下物移動手段２８が設けられる。本実施形態の落下物移動手段２８は、バケット２７を傾動させる第１傾動手段２８である。
【００５６】
バケット２７は、傾斜底板２７ａ２と奥板２７ｂとが連接する連接部において、詳細を後述する落下物再投入手段２９の回転フレーム部材６５に角変位自在に支持され、ヒンジ構造５１を成す。このヒンジ構造５１部分は、バケット２７が傾動する際の支点となるので、便宜上支点ヒンジ部５１と呼ぶ。またバケット２７には、バケット２７の奥板２７ｂの外方に臨む端部において、ヒンジ構造５２を有するようにして第１傾動手段２８が装着される。第１傾動手段２８としては、たとえば空圧や油圧式のシリンダとピストンとを含んでなるユニットが好適に用いられる。このヒンジ構造５２部分を、便宜上傾動ヒンジ部５２と呼ぶ。
【００５７】
第１傾動手段２８の傾動ヒンジ部５２と反対側は、上記回転フレーム部材６５から水平方向にチャンバ２１の側壁２１ｂに向って延びるように形成される支持板５３の遊端部５３ａにヒンジ構造を有するようにして装着される。
【００５８】
第１傾動手段２８は、前記バケット２７が定常状態、すなわち底板２７ａの水平底板２７ａ１が水平面と平行になり、底板２７ａの傾斜底板２７ａ２が、溶解炉２４から遠くなるほど鉛直方向の位置が低くなるように傾斜する状態にあるとき、シリンダ２８ａからピストンロッド２８ｂを伸長させてある。したがって、第１傾動手段２８のピストンロッド２８ｂを、シリンダ２８ａ内に退縮させるように駆動、すなわち図２中の矢符５４方向に移動させるとき、バケット２７は、支点ヒンジ部５１を支点として、バケット２７の水平底板２７ａ１が坩堝３４から離反する方向（図２の紙面に向って時計回り）に角変位移動する。
【００５９】
バケット２７が時計回りに角変位移動することによって、水平底板２７ａ１は溶解炉２４から遠くなるほど鉛直方向の位置が低くなるように傾斜し、傾斜底板２７ａ２は溶解炉２４から遠くなるほど鉛直方向の位置が一層低くなるように深く傾斜する。このことによって、バケット２７で受容される落下物を、バケット２７内で溶解炉２４から遠ざかる方向へ移動、すなわち側部断面の形状が略三角形を有する収容容積の大きい側へ移動させることができる。したがって、バケット２７で受容した落下物を、溶解炉２４側へ落すことなく確実に収容し、かつバケット２７の容積の大きい部分に相当量を収容することが可能になる。
【００６０】
本実施形態では、落下物再投入手段２９は、バケット２７の落下物受容面である底板２７ａが溶解炉２４へ近くなるほど鉛直方向の位置が低くなるように、バケット２７を傾動させる第２傾動手段６１とその駆動源６２とを含んで構成される。
【００６１】
第２傾動手段６１は、ベース板６３と、ベース板６３の上に設けられる回転支持部６４と、回転支持部６４に回転自在に支持される前記回転フレーム部材６５と、ベース板６３上で回転支持部６４に対向する位置に形成される支持突起部６６と、バランサ６７とを含む。第２傾動手段６１は、バケット２７の幅方向両側に一対が設けられるけれども、互いにバケット２７に関して対称であること以外は同一に構成されるので、一方のみで代表して構成を説明する。
【００６２】
ベース板６３は、略直方体形状の金属製の板部材であり、チャンバ２１の底板２１ｃ上に、冷却体２５の搬送方向に延びて設置される。ベース板６３上に設けられる回転支持部６４には、軸受部によって回転フレーム部材６５が、角変位自在に支持される。
【００６３】
回転フレーム部材６５は、上面から見た形状も側面から見た形状もＬ字状の棒部材である。すなわち、回転フレーム部材６５は、定常状態で、水平方向に延びる水平棒部６５ａと、水平棒部６５ａに連なり水平棒部６５ａに対して垂直に立上がって延びる垂直棒部６５ｂと、垂直棒部６５ｂに連なり垂直棒部６５ｂから水平方向であってバケット２７に向って延びる支持棒部６５ｃとから成る。回転フレーム部材６５の水平棒部６５ａには、水平棒部６５ａに対して直交する方向に軸線を有するようにして回転軸部材６８が固着され、厳密には回転軸部材６８が回転支持部６４の軸受部に回転自在に支持される。
【００６４】
回転フレーム部材６５の支持棒部６５ｃの先端部においてバケット２７が角変位自在に支持され、上記の支点ヒンジ部５１が構成される。回転フレーム部材６５の水平棒部６５ａの一端部には、駆動源６２の負荷トルクを軽減させるためのバランサ６７が装着される。回転フレーム部材６５の水平棒部６５ａのバランサ６７が装着される一端部と反対側の他端部は、定常状態においては、ベース板６３に回転支持部６４に対向する位置にベース板６３から突出するように形成される支持突起部６６に当接して支持される。なお、回転フレーム部材６５の水平棒部６５ａは、支持突起部６６に単に当接して支持されるに過ぎないものであり、回転フレーム部材６５が角変位移動するとき、随意に当接状態から離脱することができる。
【００６５】
駆動源６２は、電動機７１と、電動機７１を設置する電動機設置台７２と、磁気シールユニット７３と、伝達軸部材７４と、２つの第１および第２カップリング７５，７６とを含んで構成される。電動機７１は、チャンバ２１の側壁に装着される電動機設置台７２上に固定される。電動機７１の回転駆動力は、その出力軸と、磁気シールユニット７３の軸とを接続する第１カップリング７５を介して伝達される。磁気シールユニット７３は、電動機７１の回転駆動力をチャンバ２１内の第２傾動手段６１に伝えるためにチャンバ２１の側壁に形成される貫通孔７７を封止するようにして装着される。
【００６６】
磁気シールユニット７３に伝達された回転駆動力は、さらに第２カップリング７６で接続される伝達軸部材７４に伝達され、伝達軸部材７４は回転フレーム部材６５の回転軸部材６８に接続される。このことによって、電動機７１の回転駆動力が回転フレーム部材６５に伝達され、回転フレーム部材６５が回転支持部６４に支持される回転軸部材６８の軸線まわりに、図２の紙面に向って反時計回りに角変位することができる。
【００６７】
回転フレーム部材６５の支持棒部６５ｃの先端部にはバケット２７が支持され、また支持棒部６５ｃから水平に突出して形成される支持板５３には落下物移動手段である第１傾動手段２８が装着されているので、駆動源６２を回転駆動させて回転フレーム部材６５を図２の紙面に向って反時計周りに角変位移動させるとき、第１傾動手段２８もろ共バケット２７を、バケット２７の落下物受容面である底板２７ａが溶解炉２４へ近くなるほど鉛直方向の位置が低くなるように、傾動させることができる。
【００６８】
このことによって、バケット２７で受容し、バケット２７内に収容するシート状シリコン４８の破片である落下物を、溶湯として再利用するために溶解炉２４の坩堝３４中へ再投入することが可能になる。
【００６９】
なお、回転フレーム部材６５を傾動させる角度は、バケット２７の底板２７ａ、特に傾斜底部２７ａ２の傾斜角度によって適当な値が定まるので、一概に定めることはできないけれども、初期の水平状態から概ね角度３０度程度まで傾斜されるようにすることが好ましい。
【００７０】
析出板製造装置２０には、さらに制御装置３０が備えられる。制御装置３０は、たとえば中央処理装置（ＣＰＵ）を備える処理回路であり、溶解炉２４の電源、浸漬手段２６の各駆動部、落下物移動手段２８、落下物再投入手段２９などに電気的に接続され、制御装置３０のメモリ部に予めストアされる装置全体の動作制御プログラムに従って、析出板製造に係る装置の全体動作を制御する。
【００７１】
図３は析出板製造装置２０に備わる落下物受容手段２７の落下物受容の状態を示す図であり、図４は析出板製造装置２０に備わる落下物移動手段２８によって落下物を落下物受容手段２７の中で移動させる状態を示す図であり、図５は析出板製造装置２０に備わる落下物再投入手段２９による落下物再投入の状態を示す図である。
【００７２】
以下図３、図４および図５を参照し、冷却体２５の表面で凝固析出後、熱履歴によって発生する内部応力によって自壊したシート状シリコン４８から成る落下物４８ａ（シート状シリコンの破片）の受容と再投入について説明する。
【００７３】
溶湯２３中へ浸漬された冷却体２５を、シリコンの凝固析出によってシート状シリコン４８が生成された後に溶湯２３中から引上げ、図３中矢符４７で示す溶湯２３の上方位置から離反する方向へ搬送する途上において、シート状シリコン４８に生じる内部応力によって、シート状シリコン４８が自壊することがある。シート状シリコン４８が自壊すると、シート状シリコン４８の冷却体２５に対する付着力が低下し、シート状シリコン４８が破片４８ａとなり、冷却体２５から離脱して落下する。析出板製造装置２０では、図３中矢符４７で示す搬送経路の下方に落下物受容手段であるバケット２７が設けられるので、落下するシート状シリコン４８の破片４８ａが、バケット２７で受容され、その受容面すなわち底面２７ａ上に堆積する。
【００７４】
冷却体２５をチャンバ２１内に搬入し、冷却体２５の表面でシート状シリコン４８を生成して搬出する動作を継続すると、シート状シリコン４８の自壊による破片４８ａの量が増大し、受容した破片４８ａがバケット２７の底部２７ａに堆積されて山積みとなる。このような状態になると、冷却体２５の表面上に生成されたシート状シリコン４８を搬送する際、シート状シリコン４８が山積み状態の破片４８ａに接触し、接触した衝撃で健全であるにも関らずシート状シリコン４８自体が冷却体２５から外れて落下する問題が生じる。
【００７５】
しかしながら、本発明の析出板製造装置２０では、落下物移動手段である第１傾動手段２８を動作させて、バケット２７を傾動させることによって、受容した破片４８ａを、バケット２７の中で、溶解炉２４から遠ざかる方向へ移動、すなわち収容容積の大きい方へ移動させることができる。バケット２７の収容容積の大きい部分では、底板２７ａの傾斜底板２７ａ２が鉛直方向下方に向って傾斜して形成されるので、相当量の破片４８ａを収容したとしても、冷却体２５の表面上で形成されて搬送途中のシート状シリコン４８に当るというトラブルを発生することがない。またバケット２７を傾動させることによって、受容した破片４８ａをバケット２７から坩堝３４中へ落す、いわゆるこぼすことが防止される。
【００７６】
バケット２７に堆積した破片４８ａは、坩堝３４内の溶湯２３の量が減少して補充の必要が生じたとき、または堆積量が一定量に達したとき、シート状シリコン４８の製造を一旦停止し、落下物再投入手段２９を動作させて、バケット２７を図５中矢符７８で示す方向、すなわち紙面に向って反時計回り方向に角変位させて傾斜させることによって、破片４８ａに重力が作用し、図５中矢符７９で示す鉛直方向に落下して坩堝３４中に投入されて再度溶解される。
【００７７】
坩堝３４内への溶湯２３の補充と落下物であるシート状シリコン４８の破片４８ａの再投入は、たとえば次のようにして実行することができる。溶湯２３の液面高さ検出器を設け、液面高さ検出器による検出値を、シリコンを補充しなければならない液面高さの限界値として予め定めてメモリにストアしてある値と制御装置３０が比較し、検出値が該限界値以下になったとき、制御装置３０がシート状シリコンの製造動作を停止し、落下物再投入手段２９を動作させるとともに、不図示のシリコン補充装置を動作させる制御指令を出力することによって可能である。
【００７８】
また堆積量が一定量に達した場合の坩堝３４内へのシート状シリコン４８の破片４８ａの再投入は、たとえば次のようにして実行することができる。バケット２７に重量検出器を設け、重量検出器による検出値を、再投入動作をしなければならない臨界値として予め定めてメモリにストアしてある値と制御装置が比較し、検出値が該臨界値以上になったとき、制御装置３０がシート状シリコンの製造動作を停止し、落下物再投入手段２９を動作させる制御指令を出力することによって可能である。
【００７９】
このように、析出板製造装置２０では、シート状シリコン４８の自壊した破片４８ａが処理されるので、シート状シリコン４８の自壊した破片４８ａの過剰な堆積により浸漬手段２６および冷却体２５の動作に支障をきたさないようにすることができる。
【００８０】
図６は本発明の実施の第２形態である析出板製造装置８０の構成を簡略化して示す側面方向から見た断面図であり、図７は析出板製造装置８０に備わる落下物移動手段８１によって落下物を落下物受容手段２７の中で移動させる状態を示す図であり、図８は析出板製造装置８０に備わる落下物再投入手段２９による落下物再投入の状態を示す図である。本実施の形態の析出板製造装置８０は、実施の第１形態の析出板製造装置２０に類似し、対応する部分については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００８１】
析出板製造装置８０において注目すべきは、落下物受容手段であるバケット２７によって受容された落下物であるシート状シリコン４８の破片４８ａを、バケット２７中で溶解炉２４から遠ざかる方向へ移動させる落下物移動手段８１が振動フィーダーによって構成されることである。ここで、振動フィーダーとは、水平または傾斜した「樋状の構造物」に、機械的に上下運動の加わった振動を与え、搬送物を斜め前方に投出すようにして搬送物を移動する装置のことである。
【００８２】
第１形態と同じ落下物受容手段であるバケット２７が樋状構造物に相当する。バケット２７は、受容面である底部２７ａのうち水平底部２７ａ１が、溶解炉３４から遠ざかるのに伴って鉛直方向の位置が低くなるように僅かに傾斜されて振動フィーダー８１上に固定される。さらに振動フィーダー８１は、回転フレーム部材６５の支持棒部６５ｃの上面に固定される。
【００８３】
析出板製造装置８０では、冷却体２５から離脱したシート状シリコン４８の破片４８ａをバケット２７で受容し、その受容面である底部２７ａ上に堆積する。シート状シリコン４８の破片４８ａを受容するバケット２７に対して、落下物移動手段である振動フィーダー８１を作動させることによって、受容面である底部２７ａ上の破片４８ａに振動を与え、バケット２７の底部２７ａが傾斜して設けられていることと相俟って、振動を駆動力として破片４８ａをバケット２７の中で溶解炉２４から遠ざかる方向へ移動、すなわち収容容積が大きい方へ移動させることができる。すなわち実施の第１形態の析出板製造装置２０における第１傾動手段２８と同様の効果を奏することができる。
【００８４】
また、坩堝３４内の溶湯２３の量が減少して補充の必要が生じたとき、またはバケット２７における破片４８ａの堆積量が一定量に達したとき、シート状シリコン４８の製造を一旦停止し、バケット２７に堆積した落下物であるシート状シリコン４８の破片４８ａを、落下物再投入手段２９によってバケット２７を振動フィーダー８１もろ共傾動させて坩堝３４内へ再投入することができる。
【００８５】
以上に述べたように、本実施の形態では、析出板製造装置は、シート状シリコンの製造に用いられるけれども、これに限定されることなく、シート状の他の半導体、たとえばシート状ガリウム−ヒ素などの製造、またシート状金属の製造に用いられても良い。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の実施の一形態である析出板製造装置２０の構成を簡略化して示す上面図である。
【図２】図１に示す析出板製造装置２０による析出板製造の概要を示す側面方向から見た断面図である。
【図３】析出板製造装置２０に備わる落下物受容手段２７の落下物受容の状態を示す図である。
【図４】析出板製造装置２０に備わる落下物移動手段２８によって落下物を落下物受容手段２７の中で移動させる状態を示す図である。
【図５】析出板製造装置２０に備わる落下物再投入手段２９による落下物再投入の状態を示す図である。
【図６】本発明の実施の第２形態である析出板製造装置８０の構成を簡略化して示す側面方向から見た断面図である。
【図７】析出板製造装置８０に備わる落下物移動手段８１によって落下物を落下物受容手段２７の中で移動させる状態を示す図である。
【図８】析出板製造装置８０に備わる落下物再投入手段２９による落下物再投入の状態を示す図である。
【図９】従来のシート状シリコン製造に用いられる析出板製造装置１の構成を簡略化して示す図である。
【図１０】析出板製造装置１におけるシート状シリコン製造の概要を説明する図である。
【図１１】シート状シリコンが内部応力によって破壊した状態を示す図である。
【図１２】シート状シリコンが内部応力によって破壊した状態を示す図である。
【符号の説明】
【００８７】
２０ 析出板製造装置
２１ チャンバ
２３ 溶湯
２４ 溶解炉
２５ 冷却体
２６ 浸漬手段
２７ 落下物受容手段
２８ 落下物移動手段
２９ 落下物再投入手段
３０ 制御装置
３４ 坩堝
３５ 高周波誘導コイル
８１ 振動フィーダー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶解対象物を加熱して溶湯にし、該溶湯を収容する溶解炉と、析出板生成の原板である冷却体を、溶湯の上方位置へ搬送し、溶湯中へ浸漬し、溶湯中から引上げて溶湯の上方位置から離反する方向へ搬送する浸漬手段とを備え、溶解対象物を冷却体の表面に凝固析出させて析出板を製造する析出板製造装置であって、
冷却体が溶湯上方位置から離反する方向へ搬送される搬送経路途中に設けられ、冷却体から離脱して落下する落下物を受容する落下物受容手段と、
落下物受容手段によって受容された落下物を落下物受容手段中で溶解炉から遠ざかる方向へ移動させる落下物移動手段と、
落下物受容手段によって受容される落下物を溶解炉内へ移動させる落下物再投入手段とを含むことを特徴とする析出板製造装置。
【請求項２】
落下物受容手段は、
落下物を受容する受容面が、溶解炉に収容される溶湯の液面よりも高い位置になるように、かつ冷却体が溶湯上方位置から離反する方向へ搬送される搬送経路の終端部付近まで延び搬送経路の下方に位置して設けられることを特徴とする請求項１記載の析出板製造装置。
【請求項３】
落下物受容手段は、
落下物を受容する受容面が、溶解炉から遠くなるほど鉛直方向の位置が低くなるように傾斜し、かつ受容面を含んでなる受容部が、溶解炉から遠くなるほど落下物を収容する容積が大きくなるように形成されることを特徴とする請求項１または２記載の析出板製造装置。
【請求項４】
落下物受容手段は、
落下物を受容する受容面の少なくとも一部が、カーボンまたは石英から成ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の析出板製造装置。
【請求項５】
落下物移動手段は、
落下物を受容する受容面が溶解炉から遠くなるほど鉛直方向の位置が低くなるように、落下物受容手段を傾動させる傾動手段を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の析出板製造装置。
【請求項６】
落下物受容手段は、落下物を受容する受容面が、溶解炉から遠くなるほど鉛直方向の位置が低くなるように傾斜し、
落下物移動手段は、少なくとも落下物を受容する受容面を振動させる振動フィーダーを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の析出板製造装置。
【請求項７】
落下物再投入手段は、
落下物受容手段の落下物受容面が溶解炉へ近くなるほど鉛直方向の位置が低くなるように、落下物受容手段を傾動させる傾動手段を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の析出板製造装置。
【請求項８】
溶解対象物を溶解炉で加熱して溶湯にし、析出板生成の原板である冷却体を、溶解炉に収容される溶湯の上方位置へ搬送し、溶湯中へ浸漬し、溶湯中から引上げて溶湯の上方位置から離反する方向へ搬送することによって、溶解対象物を冷却体の表面に凝固析出させて析出板を製造する析出板製造方法であって、
冷却体が溶湯上方位置から離反する方向へ搬送される途中で冷却体から離脱して落下する落下物を受容する工程と、
受容された落下物を、溶解炉から遠ざかる方向へ移動させる工程と、
受容された落下物を溶解炉内へ移動させる工程とを含むことを特徴とする析出板製造方法。
【請求項１】
溶解対象物を加熱して溶湯にし、該溶湯を収容する溶解炉と、析出板生成の原板である冷却体を、溶湯の上方位置へ搬送し、溶湯中へ浸漬し、溶湯中から引上げて溶湯の上方位置から離反する方向へ搬送する浸漬手段とを備え、溶解対象物を冷却体の表面に凝固析出させて析出板を製造する析出板製造装置であって、
冷却体が溶湯上方位置から離反する方向へ搬送される搬送経路途中に設けられ、冷却体から離脱して落下する落下物を受容する落下物受容手段と、
落下物受容手段によって受容された落下物を落下物受容手段中で溶解炉から遠ざかる方向へ移動させる落下物移動手段と、
落下物受容手段によって受容される落下物を溶解炉内へ移動させる落下物再投入手段とを含むことを特徴とする析出板製造装置。
【請求項２】
落下物受容手段は、
落下物を受容する受容面が、溶解炉に収容される溶湯の液面よりも高い位置になるように、かつ冷却体が溶湯上方位置から離反する方向へ搬送される搬送経路の終端部付近まで延び搬送経路の下方に位置して設けられることを特徴とする請求項１記載の析出板製造装置。
【請求項３】
落下物受容手段は、
落下物を受容する受容面が、溶解炉から遠くなるほど鉛直方向の位置が低くなるように傾斜し、かつ受容面を含んでなる受容部が、溶解炉から遠くなるほど落下物を収容する容積が大きくなるように形成されることを特徴とする請求項１または２記載の析出板製造装置。
【請求項４】
落下物受容手段は、
落下物を受容する受容面の少なくとも一部が、カーボンまたは石英から成ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の析出板製造装置。
【請求項５】
落下物移動手段は、
落下物を受容する受容面が溶解炉から遠くなるほど鉛直方向の位置が低くなるように、落下物受容手段を傾動させる傾動手段を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の析出板製造装置。
【請求項６】
落下物受容手段は、落下物を受容する受容面が、溶解炉から遠くなるほど鉛直方向の位置が低くなるように傾斜し、
落下物移動手段は、少なくとも落下物を受容する受容面を振動させる振動フィーダーを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の析出板製造装置。
【請求項７】
落下物再投入手段は、
落下物受容手段の落下物受容面が溶解炉へ近くなるほど鉛直方向の位置が低くなるように、落下物受容手段を傾動させる傾動手段を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の析出板製造装置。
【請求項８】
溶解対象物を溶解炉で加熱して溶湯にし、析出板生成の原板である冷却体を、溶解炉に収容される溶湯の上方位置へ搬送し、溶湯中へ浸漬し、溶湯中から引上げて溶湯の上方位置から離反する方向へ搬送することによって、溶解対象物を冷却体の表面に凝固析出させて析出板を製造する析出板製造方法であって、
冷却体が溶湯上方位置から離反する方向へ搬送される途中で冷却体から離脱して落下する落下物を受容する工程と、
受容された落下物を、溶解炉から遠ざかる方向へ移動させる工程と、
受容された落下物を溶解炉内へ移動させる工程とを含むことを特徴とする析出板製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００７−７３６３５（Ｐ２００７−７３６３５Ａ）
【公開日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２５６８８２（Ｐ２００５−２５６８８２）
【出願日】平成１７年９月５日（２００５．９．５）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月５日（２００５．９．５）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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